1. Educación

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS
PRÁCTICA # 3
DESDE EL 20 HASTA EL 24 DE OCTUBRE DEL 2014
1. TEMA
RETARDO EN LA CONMUTACIÓN DE UN CONVERSOR AC-DC
MONOFÁSICO SEMICONTROLADO
2.
OBJETIVO:
Estudiar el retardo en la conmutación que se produce en los conversores AC-DC y
sus efectos tanto en la carga como en la red de alimentación.
3.
TEORÍA:
La Figura 1, muestra el esquema típico de un conversor trifásico controlado tipo
puente. La conversión de corriente trifásica alterna en corriente continua se logra
mediante la operación de los tiristores, que por pares conducen la corriente en forma alternada desde la entrada hacia la carga 6 veces durante cada período de la red. Durante
este proceso, conocido como "conmutación", breves cortocircuitos producen
perturbaciones en las formas de onda de los voltajes de entrada.
Figura 1. Conversor AC/DC Trifásico Tipo Puente
Si se considera que la corriente en el rectificador ha estado circulando desde la línea R
a través del tiristor 1. Cuando el tiristor 3 es activado la corriente es transferida desde
la línea R a la línea S. Debido a la presencia de la reactancia de la línea, esta
transferencia no puede ser instantánea y el intervalo requerido para que se efectúe la
conmutación origina las perturbaciones transitorias de duración .
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La perturbación resultante en el voltaje entre las líneas de alimentación es
mostrada en la Figura 2.
Figura 2. Perturbaciones en la red de alimentación, debido al retardo en la
conmutación.
El standard IEEE 519-1981 establece ciertas categorías para las redes de alimentación
y los límites del área (V.us) de las perturbaciones que introduce la operación de un
conversor.
CLASE
ATENUACION DE LA
PERTURBACION
 (%)
Aplicaciones especiales
Sistema General
Sistema dedicado
10
20
50
AREA DE LA
PERTURBACION
EN LA LINEA
(V.uS)
16400
22800
36500
DISTORSION
ARMINICA
TOTAL EN EL
VOLTAJE (%)
3
5
10
Dónde:
FACTOR DE POTENCIA
El factor de potencia en un conversor estático varía en la medida en que se modifique
el ángulo de retardo en el activado de los tiristores y además en cierto grado con los
cambios en la corriente de salida.
Se puede verificar que el factor de potencia es igual a la relación entre el voltaje de
salida del conversor Vd y el voltaje máximo posible Vdo. Así, cuando se tiene el
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máximo valor de voltaje DC de salida, el factor de potencia se aproxima a la unidad.
En cualquier punto de operación en el que el voltaje de salida del conversor sea menor,
el factor de potencia se verá reducido en forma proporcional (Figura 3).
Figura 3. Factor de Potencia vs. Voltaje de salida.
CONTENIDO ARMONICO DE LA CORRIENTE DE LINEA
La conmutación de la corriente de un ramal a otro en un conversor estático produce
cambios bruscos en la corriente de línea. Normalmente las formas de onda resultan
rectangulares y segmentadas, en general, no sinusoidales, pudiéndose descomponer en
la fundamental y sus componentes armónicos.
El orden y la magnitud de las componentes armónicas de la corriente de línea
dependen de la conexión del transformador, número de pulsos del conversor, la
reactancia de conmutación y el ángulo de activado de los tiristores.
Generalmente se asume en el análisis teórico las formas de onda de la corriente con
segmentos rectangulares, lo cual simplifica el análisis sin introducir errores
apreciables.
En un conversor controlado de p pulsos, la corriente de línea contiene los armónicos de
orden: np ± 1 donde: n es cualquier número entero.
En la práctica las corrientes con segmentos totalmente rectangulares no existen y la
magnitud real de la corriente armónica es aproximadamente un 10% a 15% menor que
lo esperado. De igual manera, las condiciones ideales de operación no se dan y
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generalmente pueden aparecer armónicos de otro orden, aunque en magnitudes muy
pequeñas.
La Figura 4 muestra el esquema típico de un conversor monofásico semicontrolado. La
conversión de corriente alterna en corriente continua se logra mediante la operación de
los tiristores y diodos, los tiristores conducen en forma alternada la corriente desde la
entrada hacia la carga durante 2 veces cada período de la red. Durante este proceso,
de igual forma que en los conversores trifásicos breves cortocircuitos producen
perturbaciones en las formas de onda de los voltajes de entrada conocidos también
como "conmutaciones".
Figura 4. Rectificador monofásico semicontrolado
4.
TRABAJO PREPARATORIO
4.1 Realizar el análisis teórico completo del conversor AC/DC monofásico
semicontrolado. Establecer las relaciones de P, S, fp, fpd y además las relaciones
que permitan evaluar los efectos de la operación de los conversores en la red
como: ángulo de traslape, voltajes por perdidas, voltaje de salida, etc.
4.2 Calcular los parámetros establecidos en el literal anterior, en base a los
valores de:
Ventrada= 120 V
Icarga = 0.5 A
Vo = 100 V
L1 = L2 = 0.1 mH
Transformador: 100 kVA, 120 VLL, Zpu=3%
Carga altamente inductiva
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4.3 Realizar la simulación del circuito a implementar en la práctica y presentar las
formas de onda de voltaje y corriente obtenidas en la simulación estableciendo el
ángulo de traslape.
4.4 Diseñar y traer armado el conversor AC/DC monofásico semicontrolado con
los valores establecidos en el literal 4.2. El diseño debe incluir el circuito de
control.
5.
PROCEDIMIENTO
5.1 Colocar un transformador 1:1 antes del puente monofásico semicontrolado.
Utilizando el conversor AC-DC monofásico semicontrolado observar el efecto del
retardo en la conmutación y calcular la reducción de voltaje medio que se provoca
por este efecto.
5.2 Observar las perturbaciones que la operación del conversor produce en el
voltaje de la red, tanto a la entrada del conversor, como en el punto de
acoplamiento (antes del transformador) . Evaluar en base estas observaciones el
coeficiente de atenuación de la red.
5.3 Repetir este procedimiento para diferentes ángulos de activado.
5.4 En cada caso tomar una muestra de la forma de onda de la corriente en la red
que alimenta al conversor y el voltaje de la entrada a conversor y en el punto de
acoplamiento.
6.
INFORME.
6.1 Realizar una comparación de los valores del ángulo de traslape obtenidos en
la práctica respecto a la simulación.
6.2 Comentar los resultados obtenidos en la práctica.
6.3 Conclusiones y Recomendaciones.
NOTA: EL INFORME SE REALIZARÁ AL FINAL DE LA PRÁCTICA
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